DE2156752A1

DE2156752A1 - Detektormeßzelle für Gasanalysengeräte zur Bestimmung der Wärmeleitfähigkeit von Gasen

Info

Publication number: DE2156752A1
Application number: DE19712156752
Authority: DE
Inventors: Heinrich Dr.-Ing. Schaffhausen Feichtinger (Schweiz)
Original assignee: Leybold Heraeus GmbH
Current assignee: Balzers und Leybold Deutschland Holding AG
Priority date: 1970-11-25
Filing date: 1971-11-16
Publication date: 1972-06-29
Also published as: FR2116513A1; IT941254B; FR2116513B1; US3768301A; GB1344666A; DE2156752B2; CH524141A

Description

Köln, den 11.11.1971 ZR3-Zap/Sk - 71513 -

Patent- und Gebrauchsmiister-Hilfsanmeldung

Detektormeßzelle für Gasanalysengeräte zur Bestimmung der Wärmeleitfähigkeit von Gasen

Die Erfindung bezieht sich auf eine Detektormeßzelle für Gasanalysengeräte zur Bestimmung der Wärmeleitfähigkeit von Gasen, bestehend aus einem Metallblock, mindestens einer darin befindlichen Meßfühlerbohrung für die Unterbringung eines Wärraefühlers sowie aus Zu- und Ab'leitungsbohrungen kleineren Durchmessers welche mit der Heßfühlerbohrung in Verbindung stehen. .

Bei verschiedenen bekannten Untersuchungsverfahren, wo die Wärmeleitfähigkeit von Gasen und Gasgemischen als Maß für die Zusammensetzung der Gase dient, zum Beispiel in der Gaschroinatographie, v/erden die zu untersuchenden Gase über einen erhitzten Temperaturfühler geleitet, der entsprechend der Gas^usammensetzung mehr oder vyeniger gekühlt wird, dadurch eine andere Temperatur annimmt und seinen Widerstand ändert. Die Änderung des Widerstandes dient als Maß seiner Tomporaturändcrung und somit als Maß der Änderung dei* Gas™ zusammensetzung.

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Bei Verfahren der vorstehend genannten Art werden die Gase .beispielsweise direkt über den erhitzten Meßleiter geführt, wie dies aus Figur 4 hervorgeht. Solche Zellen haben den Vorteil, daß sie sehr rasch und besonders empfindlich auf eine Änderung der Gaszusammensetzung ansprechen, haben aber den großen Nachteil, daß sie auch auf jede geringste Änderung der Geschwindigkeit der Gasströmung ansprechen, wodurch Fehlmessungen entstehen.

Diesen Fehler versuchte man bei einer weiteren bekannten Vorrichtung dadurch zu beheben, daß man gemäß Figur 5 den Gasstrom über eine Querverbindung an eine im übrigen geschlossene Kammer anschließt, in welche die Gase aus der Strömung dann nur durch Diffusion hineingelangen. Eine solche Zelle ist zwar gegen Änderung der Gasströmung unempfindlich, sie ist-, jedoch so träge, daß sie zur Messung schnell sich ändernder Gaszusammensetzungen ungeeignet ist.

Einen weiteren, bekannten Versuch der Abhilfe zeigt Figur 6, gemäß welcher man vom Hauptgasstrom nur einen Teilgasstrom über Kanäle über die eigentliche Meßzelle leitet . Diese Anordnung ist auch unter der Bezeichnung "Teilstromzelle" bekannt. Die Wirkung ist folgende: Je größer der Teilgasstrom ist, desto mehr zeigen sich die Kachteile der Durchflußmeßzelle und je kleiner der Teilgasstrom ist, desto mehr nähert man sich den Bedingungen der Diffusionszelle, das heißt, die Zelle wird träge und unempfindlich.«

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde,die den bekannten Vorrichtungen anhaftenden Nachteile zu vermeiden und eine Detektormeßzelle anzugeben, bei der der Einfluß der Strömungsgeschwindigkeit des zu untersuchenden Gases aufgehoben beziehungsweise unterdrückt wird, wobei gleichzeitig eine hohe Ansprechgeschwindigkeit ersielt wird. Diese Aufgabe Avircl ge~

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maß der Erfindung bei der eingangs beschriebenen Vorrichtung dadurch gelöst, daß die Achsen der Zu- und Ableitungsbohrungen kleineren Durchmessers senkrecht zur Achse der Meßfühlerbohrung und tangential schneidend zu deren Wandung verlaufen. Dadurch entsteht innerhalb der Meßfühlerbohrung gewissermaßen ein Wirbel, welcher der äußeren Wand entlang ' eine Strömung mit großer Geschwindigkeit erzeugt, während in der Innenzone, in welcher sich der Meßfühler befindet, praktisch keine Strömung vorhanden ist« Es entstehen dadurch ideale Verhältnisse, indem gewissermaßen die sich ändernde Gaszusarfimensetzung in rascher, sieh dauernd austauschender Bewegung ist, wobei sie eine maximale Fläche einnimmt, während die Zone.in der sich der Meßfühler befindet, verhältnismäßig ruhig und klein ist.

Die Strömung zum Eeispiel des Trägergases kann bei solchen . Zellen sehr hoch gehalten werden, ohne daß der Meßfühler kalt geblasen wird. Er ist gegen eine Änderung der Gaszusammensetzung sehr empfindlich und spricht fast genau so schnell und empfindlich an, wie bei einer Durchströmungszelle.

Um eine möglichst, gleichmäßige Beaufschlagung des Wärmefühlers -über- dessen gesamte Länge zu erreichen, wird gemäß der weiteren Erfindung vorgeschlagen, daß die Zu- und Ableitungsbohrungen paarweise an der oberen Hälfte und der unteren Hälfte der Meßfühlerbohrung angeordnet sind, und daß die Zuleitung und Ableitung symmetrisch zu den paarweise angeordneten Zu- und Ableitungsbohrungen liegen.

Ausfüllungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes und ein Ver- . gleich mit dem Stande dor Technik seien nachfolgend an Hand der Figuren 1 bis 6 gegeben.

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Es zeigen:

Figur 1 eine perspektivische Ansicht der Meßfühlerböhrung und ihrer Su- und Ableitungs.böhmngen*

Figur 2 einen Querschnitt durch einen Metällblock mit einem Bohrungssystera gemäß Figur 1, wobei die Schnittebene senkrecht zur Achse der Meßfühlerbohrung verläuft»

Figur 3 einen Querschnitt durch eine Variante der Meßzelle nach Figur 1, wobei die Schnittebene in der Achse des Wärmefühlers und senkrecht zu den Achsen der Zu*- und Ableitungsbohrungen liegt.

Figur 4, 5 und 6 *

Längsschnitte durch Metallblöcke in den Ebenen der Wärmefühler bei den verschiedenen, bekannten Meßzellen

In Figur 1 ist mit 1 ein Wärmefühler bezeichnet> der in der Achse einer Meßfühlerbohrung 2 angeordnet ist. Die Meßfühlerbohrungweist einen Durchmesser von 8-15 mm bei einer Länge von 10-20 mm auf. Senkrecht zur Achse der Bohrung sind vier Zu- beziehungsweise Ableitungsbohrungen 3 kleineren Durchmessers, beispielsweise zwischen 1,8 und 3,0 mm angeordnet, deren Achsen tangential schneidend zui* Wandung der Meßfühlerbohrung 2 verlaufen. Die Überschneidunglst so bemessen, daß die Zu- und Abführungsbohrungen im Randbereich in die Meßfühlerbohrung 2 münden» Die gemeinsame Öffnung ist mit 4 bezeichnet.

Die Bohrungen 3 stehen auf der Einlaß- und Auslaßseite über eine Querbohrung 5 von .2-4 mm Durchmesser und eine Auffangbohrung 6 von 3-6 mm. Durchmesser miteinander in Verbindung, die die Funktion von Sammelleitungen besitzen. In die Quorbohrung 5 mündet die Zuleitung 7, aus der Auffangbohrung G führt die Gasableitung 8 heraus. Das Bohrüngssj'stem 3, 5 und

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sowie die Leitungen 7 und 8 sind symmetrisch zu einer Symmetrieachse 11 angeordnet, die mit den Achsen der Leitungen 7 und 8 zusammenfällt. Die Symmetrieachse teilt die Meßfühlerbohrung 2 sinngemäß in eine obere Hälfte 9 und eine untere Halte 10 auf. Dadurch liegt die Hälfte der paarweise angeordneteii Bohrungen 3 am oberen Teil und die andere Hälfte am unteren Teil der Meßfühlerbohrung·. Es ist ersichtlich, daß hierdurch eine gleichmässige Verteilung des zu untersuchenden Gases über die gesamte Länge der Meßfühlerbohrung 2 erreicht wird.

Aus Figur 2, die einen Querschnitt durch einen Metallblock 12 mit Bohrungen gemäß Figur 1 zeigt, ist die tangential^ geometrische Zuordnung von Zu- und Ableitungsbohrungen 3 zur Meßfühlerbohrung 2 zu entnehmen. Die Bezugszeichen sind die gleichen.

Figur 3 zeigt einen Längsschnitt durch eine Variante der Anordnung gemäß Figur 1, wobei der Unterschied darin besteht, daß anstelle der vier Bohrungen 3 deren sechs vorgesehen sind, von denen je drei oberhalb und unterhalb der Symmetrieachse 11 liegen. Die wesentlichsten Abmessungen einer solchen Zelle sind: Durchmesser der Meßfühlerbohrung 2-5 bis 6 mm; Länge = 13 bis 30 mm; Zu- und Ableitungsbohrungen 3 = 1,2 bis 2,2 mm.

Figur 4 zeigt eine der eingangs beschriebenen, zum Stande der Technik gehörenden Meßzellen mit zentraler Durchströmung der Meßfühlerbohrung 2, eine sogenannte Durchflußmeßzelle, Figur 5 gibt in analoger V/eise eine Anordnung wieder, bei der. das zu untersuchende Gas nur durch Diffusion über den Kanal 13 in die Meßfühlerbohrung 2 gelangt. Es handelt sich hier um eine sogenannte Diffussionsmeßzelle. Figur 6 schließlich offenbart eine "TeilstromzollG" mit einer Meßfühlerbohrung 2,

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der über die beidseitigen Kanäle 14 und 15 ein Teilstrom des durch die Zuleitung 7 und Ableitung 3 strömenden Gases zugeführt wird.

2 Ansprüche 6 Figuren

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Claims

Λ» . PATENTANSPRÜCHE

1. iDetektorjneSzelle für Gasanalysengeräte &ur Bestimmung S der Wärmeleitfähigkeit von Gasen, bestehend aus einem Metallbloek, mindestens einer darin befindlichen Meßfühlerbohrung für die Unterbringung eines Wärinefühlers sowie aus Zu- und Äbleitungsbohrungen kleineren Durchmessers welche mit der Meßfühlerbohrung in Verbindung stehen, dadurch gekennzeichnet, daß die Achsen der Bohrungen (3) kleineren Durchmessers senkrecht zur Achse der Meßfühlerbohrung (2) und tangential schneidend zu deren Wandung verlaufen.

2. Betektoriaeßzelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zu- und Ableitungsbohrungen (3) paarweise an der oberen Hälfte (9) und der unteren Hälfte (10) der Meßfühlerbohrung (2) angeordnet sind, und daß die Zuleitung (7) und Ableitung (8) symmetrisch zu.den paarweise angeordneten Zu- und Ablextungsbohrungen (3) liegen.

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